淺析風力發(fā)電機軸對地絕緣電阻低的原因與對策

中車永濟電機有限公司 李慧萍 張景萍 段成斌

引言

幾乎所有的電機轉動時都會產生軸電壓，電機所容許的軸電壓或軸電流的大小與軸承狀況、油膜厚度、電機運行狀態(tài)、安裝質量、現(xiàn)場運行環(huán)境和軸電流流經路徑的阻抗等許多因素有關。目前采用方法主要有以下4種：1.選用絕緣軸承；2.電機轉子軸肩與軸承內圈配合處噴絕緣涂層，同時軸承內圈兩側墊好絕緣紙，使得軸承與軸絕緣，這是一種新型的絕緣結構，但工藝復雜、不易推行；3.絕緣端蓋：軸承室絕緣，將軸承室與端蓋之間結合處絕緣；4.端蓋裝配處絕緣：將端蓋與機座結合處絕緣。鑒于上述方法的復雜性及成本，我廠主要使用絕緣軸承和絕緣端蓋兩種方法，下面就此2種結構容易發(fā)生的質量問題進行分析，并制定相應的預防措施。

1.影響電機軸對地絕緣值低的主要因素及解決方法

1.1 絕緣軸承配件質量問題

絕緣軸承：軸承內圈或外圈表面有一層100μm厚的涂層，可承受最高1000V DC的電壓，特殊的噴涂工藝可形成一層厚度均勻、粘附力極強均勻的涂層，再經過進一步處理，使其不受溫度和濕度的影響。絕緣軸承的涂層多采用陶瓷材料，容易在裝配與拆卸過程中將涂層拉壞，導致絕緣受損，造成軸對地絕緣電阻低（天氣潮濕時，絕緣吸潮）或直接為0。限于絕緣軸承生產及裝配工藝不成熟、難度大，容易受環(huán)境影響造成絕緣值低，若出現(xiàn)此問題，只能更換軸承。

1.2 絕緣端蓋質量問題

下表為絕緣端蓋各個部件之間的絕緣方式：

絕緣部位 絕緣方式 備注端蓋與軸承座徑向裝配面：通過絕緣墊片進行絕緣；軸向裝配面：將軸承座裝配面提前噴涂絕緣涂層或打無緯帶，保證其絕緣性能。在端蓋與軸承座接縫面涂抹密封膠，并涂抹晾干型絕緣磁漆，保證其密封及絕緣性能螺栓與端蓋徑向裝配面：通過絕緣墊圈進行絕緣；軸向裝配面：通過絕緣套管保證其絕緣。

端蓋組裝后需要進行耐壓試驗，造成絕緣阻值低的主要原因主要有以下幾點：

（1）絕緣端蓋組裝時，由于絕緣墊片、套管及墊圈受潮，導致絕緣阻值低；

（2）端蓋組裝時，端蓋與軸承座各個安裝面有毛刺，組裝過程中將絕緣配件損壞，導致裝配后絕緣電阻值低；

（3）端蓋組裝后，在精加工端蓋與軸承室止口同軸度時，機床冷卻液流進軸承室與端蓋裝配處，造成絕緣材料吸潮，導致絕緣端蓋絕緣性能差。

針對上述可能出現(xiàn)的問題，主要解決方法如下：

（1）絕緣配件（墊片、套管及墊圈）的處理辦法：將絕緣配件烘箱烘焙至100℃，保溫2小時，升溫速度不大于30℃/h，如果升溫過快，會造成工件表面水分很快蒸發(fā)，使潮氣由表面向工件內部擴散，從而不易排出；→再將配件浸1032絕緣漆0.5小時，漆面沒過工件20mm以上；→將浸好漆的工件取出，待將表面漆滴去；→豎掛入烘箱內130℃，烘焙2小時；

（2）端蓋與軸承座裝配前，使用白布酒精將工件上的異物及毛刺清理干凈；

（3）端蓋與軸承室組裝后，在端蓋與軸承座接縫面涂抹密封膠，并涂抹晾干型絕緣磁漆，保證其密封及絕緣性能。

1.3 裝配質量問題

風電發(fā)電機主要包括定子裝配、轉子裝配、端蓋（有絕緣端蓋及非絕緣端蓋）、軸承（絕緣及非絕緣軸承）、滑環(huán)裝配（包括接地刷等）、冷卻器等大部件組成。

（1）絕緣軸承結構的風力發(fā)電機

絕緣軸承是通過內圈或外圈的絕緣涂層將轉軸與機座絕緣，避免軸電流造成損壞。外封環(huán)對軸承內圈的軸向方向進行定位，外軸承蓋與軸承外圈接觸。 在實際生產過程中，風力發(fā)電機總裝后，檢測軸對地絕緣電阻為0Ω，檢測過程中發(fā)現(xiàn)外軸承蓋與外封環(huán)間隙處有“茲茲”的打火聲，對打火處作標識，拆除外封環(huán)，發(fā)現(xiàn)軸承蓋有毛刺，導致軸承內外圈短接，所以檢測結果為0；電機在總裝后，檢測軸對地絕緣電阻≥100MΩ，滿足標準，但是碰上陰雨天氣，再次檢測絕緣值降低或變?yōu)?，拆除外封環(huán)檢測外軸承蓋的內徑及外封環(huán)的外徑，發(fā)現(xiàn)軸承內外圈單邊間隙小（＜0.4mm），天氣濕度大，空氣吸潮帶電后，外軸承蓋與外封環(huán)爬電或短接，導致電機的軸對地絕緣電阻變化。

針對上述質量問題產生的原因，要求：①配件組裝前，使用汽油清洗、白布擦拭無油污，手摸無高點；②電機組裝后，檢測外封環(huán)與外軸承蓋的單邊間隙≥0.4mm。

（2）配件干涉

風電滑環(huán)室通過連接架與定子連接，由于產品結構的空間限制及絕緣端蓋結構的特殊性，某風力發(fā)電機的軸承室尖角與連接架相蹭，兩者短接從而導致電機檢測時軸對地絕緣電阻為0；

通過核算設計圖紙，發(fā)現(xiàn)理論尺寸有3.5mm的間隙，經過測量現(xiàn)場實物發(fā)現(xiàn)軸承室底部尖角在加工過程中沒有嚴格按照圖紙要求的尺寸進行打磨導致軸承室底角與連接架接觸。

2.結語

綜上所述，軸電流對電機的影響至關重要，直接影響軸承的使用壽命，導致電機振動等質量問題，因此，電機裝配過程中必須保證定轉子之間的軸對地絕緣電阻滿足要求。通過上述分析，必須確保配件（絕緣軸承、絕緣端蓋、刷桿等）的絕緣強度及裝配過程中配件的清潔；由于風力發(fā)電機結構復雜，因此要求過程中嚴格按照工藝對軸對地絕緣電阻逐步、多次檢測，確保產品的質量。

[1]許實章主編.電機學[M].北京：機械工業(yè)出版社,1995.

[2]李發(fā)海,王巖編.電機與拖動基礎[M].北京：中央廣播電視大學出版社,1994.